Гавриил Адрианович Тихов. Вопросы астрофизики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гавриил Адрианович Тихов. Вопросы астрофизики

Теоретическая астрофизика

Вопросами теории распространения электромагнитные волн, а также некоторыми смежными исследованиями и разработкой оригинальных гипотез Г.А. Тихов начал заниматься на заре своей научной деятельности. Самая первая публикация его появилась в 1897 г. на итальянском языке и была посвящена результатам обработки спектрограмм в Лиры. В ней приводилось одно из доказательств двойственности звезды и были вычислены точные параметры орбит [1].

Переменные звезды интересовали Г.А. Тихова лишь как средство изучения дисперсии электромагнитных волн. В статье 1898 г. [2] Г.А. Тихов указал на то, что если дисперсия в межзвёздном пространстве существует, то периодически с изменением блеска переменной звезды должно изменяться распределение яркости в спектре. Так, дисперсия была положена в основу нового способа определения расстояний. В 1905 г. Г.А. Тихов публикует обширное исследование спектрально-двойной в Возничего [6].

В 1883 г. Дж. Стокс обратил внимание на то, что точность астрономических наблюдений не позволяет определить разность скоростей распространения электромагнитных волн разной длины в межзвёздном пространстве, откуда и постулируется постоянство скорости света.* Это фундаментальное положение физики Г.А. Тихов предложил проверить экспериментально, используя наиболее точные наблюдения переменной в Возничего. Он обработал наблюдения А.А. Белопольского и других авторов, а также произвёл новые наблюдения. По мнению А.А. Белопольского, в Возничего для этой цели подходит лучше всего, так как почти за четверо суток наблюдаемые лучевые скорости изменяются в пределах -220<V_r<+220 км·с-¹. После обработки Г.А. Тихов нашёл разность ДT [6]: ДT=+14 мин ± 8 мин. Знак «+» означает что фиолетовые лучи запаздывают относительно синих. При вычислении этой разности кривые лучевых скоростей были построены для л=402 и 452 мкм.

Расчёт показал, что полученная разность фаз, приписываемая космической дисперсии света, меньше, чем в воздухе при нормальных условиях. Этого следовало ожидать, так как плотность межзвёздной среды очень мала. Г.А. Тихов оставляет открытым вопрос о влиянии на дисперсию межзвёздной материи и о возможной дисперсии света в пустом пространстве. В статье [13] Г. А. Тихов указывает, что свои исследования дисперсии он начал ещё в 1896 г., а доложил о них 16 марта 1908 г. Для звезды W Большой Медведицы оказалось, что оранжевый минимум блеска опережает ультрафиолетовый на 10 мин. Аналогичный результат был получен им и по третьей звезде [13]. Доложенные 24 февраля 1908 г. наблюдения Нордмана других звёзд свидетельствуют почти о таком же фазовом сдвиге. Открытый эффект получил название эффекта Тихова-Нордмана.

Открытие этого эффекта вызвало многочисленные дискуссии. Например, П.Н. Лебедев считал, что плотность среды, вызывающая дисперсию в мировом пространстве, близка к плотности воздуха при давлении в 7 Тор и недопустима по ряду соображений. Допущение дисперсии в эфире требовало пересмотра основных положений физики, что казалось преждевременным. Поэтому П.Н. Лебедев предложил искать причины эффекта Тихова-Нордмана в природе самих переменных звёзд. Относительно этого Г.А. Тихов возражал и в качестве доказательств своей точки зрения опубликовал результаты наблюдений "дисперсии света от звезды RT Персея, находящейся гораздо дальше от нас. Эта звезда обнаружила дисперсию, равную 0.001 величины дисперсии атмосферного воздуха [14]. Эти расхождения привели Г. А. Тихова к выводу о невозможности определения космической дисперсии по единичным наблюдениям и о необходимости продолжения исследований.

Метод спектрально-двойных звёзд, который применил Г.А. Тихов для этих целей, заключается в измерении лучевых скоростей по смещению двух линий спектра, находящихся возможно дальше одна от другой. При помощи этого метода Г.А. Тихову удалось установить, что фазовые кривые изменения лучевых скоростей всегда сдвинуты по фазе. Однако относительная погрешность оказалась столь велика, а предполагаемая космическая дисперсия столь мала, что оценить её количественно не представлялось возможным. Тогда Г.А. Тихов перешёл к другому методу - применению светофильтров к переменным звёздам короткого периода, при исследовании которых нельзя использовать спектральные методы. Кривые изменения блеска оказались различными при различных светофильтрах, но, кроме сдвига по фазе, обнаружили много других особенностей, что не позволило сделать определённый вывод о космической дисперсии. Для усовершенствования метода и исключения фотографических ошибок в 1928 г. было проведено специальное исследование [118]. Учитывая тесную связь между дисперсией и поглощением света в небесных пространствах, Г.А. Тихов приступил к изучению межзвёздного поглощения. Г.А. Тихов не получил окончательного решения вопроса о космической дисперсии, однако он пришёл к выводу, что величина её очень мала. Важным заключением явилось также и то, что многие характерные элементы переменных звёзд различны в разных лучах. В настоящее время эффект Тихова-Нордмана признан ошибочным и объясняется природой самих переменных звёзд.

Изучение дисперсии позволило значительно углубить проблему избирательного поглощения в межзвёздном пространстве. В настоящее время эта проблема является важнейшей при определении расстояний во Вселенной, от которых, в конечном счёте, зависит построение правильной космологической модели. Поэтому в дальнейшем Г.А. Тихов продолжал исследования избирательного космического поглощения света.*** При оценке его вопрос сводится к спектрофотометрическим исследованиям звёзд, находящихся на различном удалении от нас. Сведя до минимума инструментальные, фотографические и атмосферные ошибки, Г.А. Тихов получил следующие результаты: 1) в космическом пространстве существует рассеяние света мельчайшими частицами, увеличивающееся с уменьшением длины волны; 2) это свойство должно придавать пространству цвет, сходный с цветом ясного неба; 3) возможность расчёта точных значений избирательного поглощения в пространстве даст могущественный способ определения расстояний до звезд и туманностей, причём чувствительность этого способа будет расти с увеличением расстояния. Хотя эти выводы, опубликованные в 1910 г. [24, 27], в дальнейшем были уточнены, а некоторые не подтвердились, тем не менее исследование Г. А. Тихова по избирательному поглощению света в межзвёздной среде явилось одним из первых.

В дальнейшем Г.А. Тихов специально останавливается на определении цвета звезд с целью его использования для исследования избирательного космического поглощения, а также звёздных температур. Цвет многих звёзд указан в известном каталоге Г. Дрепера.**** Г.А. Тихов предпринял новое определение цвета около 300 звёзд скопления Плеяд, в результате чего пришёл к выводу, что звезды Плеяд в основном белые или оранжевые. Найденные отклонения от формулы Планка у звёзд классов G5 и КГ. А. Тихов приписал влиянию их атмосферы. Рассеяние света в пространстве по закону Рэлея он не нашел, но обнаружил поглощение ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0.380 мкм. По поглощению света оказалось удобным определять относительные расстояния до звезд. Последнее исследование этой серии было опубликовано Г. А. Тиховым в 1916 г. [55].

Второй цикл теоретических работ был предпринят Г.А. Тиховым в 1938 г. и посвящён вопросу об отклонении световых лучей в поле тяготения звёзд [144]. Г.А. Тихов и его сотрудник А.Ф. Богородский рассмотрели ход лучей двух звезд, расположенных на одном луче зрения. В этом случае могут возникнуть изменения блеска, позволяющие подтвердить некоторые положения общей теории относительности. Такие наблюдения искривления световой траектории вблизи тяготеющих масс обычно проводились только во время полных солнечных затмений и представляли собой большие технические трудности. Проведя детальное исследование и расчёты, Г.А. Тихов пришёл к выводу, что наблюдения звёзд в наиболее плотных частях Млечного Пути, где частота взаимного проектирования двух звёзд друг на друга значительно больше, можно проводить фотометрически. Трудность при этом заключается в том, что при больших диаметрах звёзд требуется высокая точность в сближении их видимых центров. Если ближайшая звезда проектируется на более удалённую, то от последней мы наблюдаем светящееся кольцо. Вследствие отклонения в поле тяготения ближайшей звезды на расстоянии 1100 а. е. возникает особый луч, интенсивность которого соответствует значительному усилению блеска удалённой звезды. На расстоянии 1000 пс блеск кольца от звезды +10^М соответствует третьей звёздной величине. Звезда как бы вспыхнет на очень короткий срок. Как показали точные расчёты, для наблюдения такой вспышки необходимо максимальное совмещение центров дисков звёзд, которое почти невозможно. Обзор основных работ Г.А. Тихова показывает, что уже со студенческих лет он начал изучение таких фундаментальных проблем науки, как исследование свойств мирового эфира и межзвёздной среды, определение расстояний до звёзд, проверка основных положений общей теории относительности и сравнение её с классической теорией. Методологический подход к этим сложнейшим проблемам носит на себе живой отпечаток школы, основателем которой был Ф.А. Бредихин. Все остальные исследования переменных звёзд, их цвета и спектра, Г.А. Тихов подчинял решению перечисленных выше задач, к которым относится и усовершенствование методики фотометрических наблюдений, а также учёт атмосферных факторов. Изучение вопроса о распространённости жизни во Вселенной также относится к фундаментальным проблемам современного естествознания, и этому были подчинены исследования планет и других тел Солнечной системы, что в свою очередь потребовало разработки и усовершенствования специальных методик. Все астрофизические исследования требовали строительства совершенных телескопов в наиболее подходящих для этого местах. При исследовании астроклимата Г.А. Тихов применил все свои знания и опыт по исследованию атмосферы, в том числе вызываемой ею нормальной и аномальной дисперсии, поглощению и рассеянию света. Всё это было применено к аэрофотосъемке с учётом атмосферных загрязнений и поляризации.

Проблема жизни вне Земли

Исследуя философские стороны проблемы внеземной жизни, Г.А. Тихов опубликовал ряд статей и текстов своих выступлений. В большинстве публикаций, посвящённых астробиологии, он выделял специальные параграфы, в которых обсуждались и философские проблемы. От решения этих вопросов, в конечном счёте, зависели и основные выводы астробиологии о возможности жизни вне Земли и целесообразности её поисков.

Для наглядности Г.А. Тихов обычно рассматривал две крайние точки зрения: согласно одной, жизнь существует только на Земле, и, следовательно, она возникла совершенно случайно; эту точку зрения Г.А. Тихов считал геоцентрической. Вторая точка зрения предполагает, что жизнь - это вполне закономерное явление на определённом этапе развития неживой материи, появляющееся везде, где позволяют физические условия. Г.А. Тихов придерживался классических представлений материализма в этом вопросе, представителями которых он считал Дж. Бруно (1548-1600), а в России - М.В. Ломоносова (1711-1765).

В противовес этому в 1844 г. Огюст Конт (1798-1857) утверждал, что «Мы представляем себе возможность определения форм, расстояний, размеров и движений небесных тел, но никогда, никакими средствами мы не сможем изучить их химический состав, их минералогическое строение, природу органических существ, живущих на их поверхности».¹⁾

Исследования Г.А. Тихова полностью опровергли точку зрения О. Конта [Л. 14]. Приступив к разработке методики обнаружения растительной жизни на Марсе [путём спектрального анализа отражённого излучения, он считал, что любое научное доказательство наличия жизни на другом небесном теле ослабляет позиции геоцентризма и что борьбу против геоцентризма в биологии и астробиологии лучше всего вести с позиций диалектического материализма. Поэтому большинство публикаций Г.А. Тихов посвятил изучению растительности на Марсе, что вытекало из его методологического подхода, в котором наибольшая роль отводилась критерию практики, а не общетеоретическим построениям. Основной заслугой философии он считал включение в сферу общественной практики представления о биологических и социальных организациях Вселенной.

Существующие принципы материалистической диалектики, по мнению Г.А. Тихова, способствовали экстраполяции данных биологии на мир планет, что позволило рассматривать необходимые и существенные связи и отношения жизни на Земле как инвариантные экзобиологическим формам, в частности марсианским.

Г.А. Тихов считал, что некоторые учёные проявляют биологический геоцентризм, вернее, топоцентризм, концентрируя внимание на изучении оптических свойств растений умеренного или жаркого климата, в то время как если на Марсе будут обнаружены растения, то для них наиболее благоприятным будет климат Марса, а климат Земли окажется губительным. Это высказывание оказалось пророческим, так как химики оказались в затруднении при попытках объяснения наблюдавшихся в камерах «Викингов» химических реакций марсианского грунта при добавлении воды [Л. 17].

Эти идеи в значительной мере стимулировали космические программы, в частности программу «Викинг». Хотя уточнение модели атмосферы Марса в 1964 г. сделало менее вероятной астроботаническую гипотезу, тем не менее в программу «Викинг» были включены биологические детекторы. «Викинг-1» совершил мягкую посадку на Марс 20 июля, «Викинг-2» - 3 сентября 1976 г., соответственно, в областях Хризе и Утопия. Анализ проб марсианского грунта с позиций обычной земной биологии привёл к выводу об отсутствии высокоорганизованной жизни в образцах [Л. 17].

По мнению Г.А. Тихова, признание бесчисленности обитаемых миров несовместимо с геоцентризмом в астрономии. Тем не менее, биологический геоцентризм и антропоцентризм могут существовать, пока не появятся доказательства, что где-нибудь, кроме Земли, существует жизнь вообще и разумная жизнь в частности. Г.А. Тихов тесно связывал философские вопросы астробиологии с современной космологией, так как от выбора соответствующей космологической модели зависят оценки распространённости обитаемых планет в галактиках и интервал времени, необходимого для возникновения и развития жизни во Вселенной.

В области космологии Г.А. Тихов придерживался «капельной» модели Вселенной, согласно которой все галактики входят в состав так называемой «капли», и Вселенная состоит из замкнутых систем таких «капель». Бесконечность Вселенной Г.А. Тихов понимал в том смысле, что нельзя подсчитать число «капель» (размеры «капли» порядка 10⁹ световых лет). Сейчас «капля» расширяется, но, возможно, через 10¹⁰ лет наступит обратное явление - сжатие «капли».

Г.А. Тихов обратил внимание на то, что в бесконечной во времени и пространстве Вселенной мы, помимо известных фотометрического и гравитационного парадоксов, столкнёмся также с астробиологическим парадоксом, заключающимся в следующем. Так как Солнечная и любая планетная системы могут существовать достаточно долго, то, перебирая мысленно достаточно большое число планетных систем в различных галактиках, мы натолкнёмся на такую, обитатели которой могут быть более высокоорганизованными существами, чем обитатели Земли. Современная космология всё чаще склоняется к конечным моделям. Время существования такой модели может оказаться недостаточным для развития форм жизни, намного превосходящих по своему техническому уровню и этическому развитию человечество.

Г.А. Тихов определил биологический геоцентризм как точку зрения, утверждающую, что жизнь в Солнечной системе существует только на Земле. Если в Солнечной системе не будет найдена жизнь вне Земли, то это ещё не будет означать полное торжество биологического геоцентризма, хотя и усилит в известном смысле его позицию. Достаточно привести подсчёты астрономов, по которым на 10⁶ звёзд может приходиться одна обитаемая планетная система. Значит, только в Галактике существует около 10⁵ планетных систем, где наличие жизни весьма вероятно. Если бы в Солнечной системе была обнаружена жизнь ещё хотя бы на одной планете, то это повысило бы оценочную вероятность её обнаружения в других планетных системах. Так как отсутствие жизни на других планетах Солнечной системы сужает мыслимую область экосферы, то, стало быть, не в каждой планетной системе типа Солнечной возможна жизнь и, может быть, не в каждой галактике есть обитаемые системы. Как говорилось выше, Г.А. Тихов исходил из бесконечной модели, что неизбежно привело его к идее Дж. Бруно о бесчисленности обитаемых миров. В модели конечной расширяющейся Вселенной множество галактик может быть сосчитано, а следовательно, и сосчитано количество обитаемых систем. Тогда процент обитаемости становится принципиально важным числом.

Если авторов разделить на группы в зависимости от выбора ими модели Вселенной, то оказывается, что для сторонников бесконечной модели характерно признание многочисленности обитаемых миров, а для сторонников конечных моделей характерно отрицание жизни вне Земли. Действительно, в конечной модели с конечным временем развития звёздной и планетной фазы Земля может на данный момент оказаться первой носительницей биосферы, и в этой модели внеземная жизнь не может быть априорно постулирована. Поэтому астробиологическое исследование Марса приобрело философское значение, как возможность проверки соответствующей гипотезы, и это объясняется не ограниченными возможностями исследования других планет, а результатами непосредственных наблюдений поверхности Марса. Безжизненные пустыни, покрытые причудливыми скалами, обнаруженные «Викингами» в областях Хризе и Утопия, не совпадают с местоположением зелёных пятен, наблюдавшихся с Земли в 1965, 1967 гг.

Однако остаётся в силе вывод, что «возможность жизни на Марсе не может быть исключена, поскольку экстремальные факторы, имеющиеся на этой планете, не угнетают размножения некоторых земных микроорганизмов».²⁾

Г.А. Тихов придавал большое значение так называемому эффекту В. Синтона, не подтвердившемуся впоследствии. Некоторые исследователи склоняются к мысли, что нельзя отождествлять спектры диффузного отражения марсианских пятен со спектрами пропускания органических веществ в лабораторных опытах, как это делал В. Синтон в своих первых работах. Следовательно, те экспериментальные данные, которые Г.А. Тихов считал подтверждающими существование растительности на Марсе, после обработки результатов, полученных «Викингами», уже не могут считаться таковыми [Л. 39, 40]. Астробиологическая концепция Г. А. Тихова не была результатом дедукции из интегральной картины мира современной науки. Она была выведена на основании неполной индукции, так как Г.А. Тихов в основу познания брал наблюдаемые явления и ни в коей мере не стремился предписывать им априорные положения.

По мере появления во Вселенной новых планетных систем возрастает возможность распространённости жизни. Уже описано [Л. 35] свыше тридцати различных соединений, обнаруженных по межзвёздному радиоизлучению, в том числе формальдегида, аммиака, окиси углерода и кремния, метилацетилена, формамида, карбонильных соединений, ацетальдегида и др. [Л. 36]. Продолжает обсуждаться вопрос о переносе зародышей жизни с одной планетной системы на другую, а также о передвижении планетных систем вместе с центральными светилами из одной галактики в другую [Л. 7]. Одно время считалось, что допущение возможности переноса форм жизни с одних небесных тел на другие якобы противоречит положениям диалектического материализма о происхождении жизни. Однако это не так. Развитие молекулярной генетики и современной теории кода наследственности полностью опровергает это, так как несущая наследственную информацию молекула ДНК, появившаяся в процессе развития биосферы Земли, ничем не отличается от молекулы ДНК, занесённой из Космоса, как неразличимы между собой два электрона. Радиоспектроскопический анализ показал, что органические молекулы, обнаруженные в межзвёздной среде, ничем не отличаются от органических молекул, полученных в лаборатории. Точно так же и заключения Г.А. Тихова о характере спектра отражения предполагаемой марсианской растительности выведены не посредством экстраполяции свойств фотосинтеза земных растений, а на основе прямой спектрофотометрии Марса, так что выбор исходных параметров астроботанической модели определялся исследовательской задачей и экспериментальной методикой, т. е. методология Г.А. Тихова была не дедуктивной, а индуктивной.

Так как Марс был пробным камнем теории внеземной жизни, то результаты астроботанических исследований Г.А. Тихов считал принципиально важными с философской точки зрения. Ведь любое умозрительное философское мнение получает полное подтверждение только тогда, когда оно проверено на практике.

Особенность философских выводов Г.А. Тихова проистекает из того, что неполноту посылок своего основного индуктивного метода он стремился компенсировать дедукцией из общефилософских положений. «Видимо, было бы правильнее считать, что при современном состоянии науки философское значение имеет вопрос не о наличии жизни на тех или иных небесных телах, а о природе жизни, о происхождении живого вещества».³⁾

тихов электромагнитный внеземной

Литература

1. Essai nouveau d'expliquer la variability de l'etoile в Lirae.- Mem. soc. degli spettroscopisti Italiani, XXVI, 107-112; Новая попытка объяснить переменность звезды в Лиры. - Основные труды,** 1, 3-9.

2. La dispersion dans l'espaces celestes. - Mem. soc. degli spettroscopisti Italiani, XXVII, 41-44; Дисперсия в небесных пространствах. - Основные труды, 1, 11-15.

6. Опыт изыскания дисперсии в междузвёздном пространстве из наблюдений звезды в Aurigae. - Изв. Екатеринославского Высшего горного училища, 3, 1-89; Основные труды, 1, 35-109.

13. Sur la dispersion de la lumiere dans les espaces celestes. Historique de la question et premiers resultats. - CR, 146, 570-574; О дисперсии света в небесных пространствах. История вопроса и первые результаты. - Основные труды, 1, 141-145.

14. Remarques sur la note de M. Lebedew: «La dispersion apparente de la lumiere dans l'espace interstellaire. - CR, 147, 170-173; Замечания по поводу статьи П.Н. Лебедева: «Кажущаяся дисперсия света в междузвёздном пространстве». - Основные труды, 1, 147-150.

24. Об изысканиях избирательного космического поглощения света. - Изв. РАО, XVI, №1, 1-15; Основные труды, 1, 205-232.

27. Об избирательном космическом поглощении света. - Изв. РАО, XVI, №3, 90-105.

55. Новые исследования по вопросу о космической дисперсии света. - Изв. имп. АН, №16, 1619-1632; Основные труды, 1, 321-332.

118. О выдержках большой продолжительности светил переменной яркости.- Изв. ГАО, 11, №105, сер. 6, 313-328; Основные труды, 2, 358-374.

144. Следствия возможного отклонения световых лучей в поле тяготения звёзд.- Природа, №6, 7-13; Основные труды, 3, 226-234.

Л. 7. Воронцов-Вельяминов Б.А. Переселения живых существ из одной галактики в другую. - Земля и Вселенная, 1966, 4, 17.

Л. 14. Конт О. Курс положительной философии. СПб., 1900.

Л. 17. Марс как среда обитания. - В сб. «Проблемы космической биологии», 32, М., 1976.

Л. 35. Balestic Francis. Mise au point sur les syntheses abiogenetiques des acides amines. - J. Chim. Phys. Phys.-Chim. biol., 1973, 70, N 1, 169-179.

Л. 36. Elsдsser Hans. Sind interstellare molekьle kosmische Leben-sheime? - Bild. Wiss., 1973, 10, N 7, 756-764.

Л. 39. Sinton W.M. Spectroscopic evidence for vegetation on Mars. - Ap. J., 1957, 126, N 2, 231-239.

Л. 40. Martian vegetation. - Sky and Telescop, 1959, 18, N 5, 259.

Примечания

* Stokes G.G. Mathematical and Physical Papers, 2. Cambridge, 1883, p. 282.

** Тихов Г.А. Основные труды. Алма-Ата, АН КазССР. Т. 1 - 1954, 2 - 1955, 3 - 1957, 4 - 1959, 5 - 1960.

*** Под избирательным космическим поглощением подразумевается поглощение, величина которого меняется с изменением длины волны.

**** Draper H. Catalogue. - Annals of Harvard College Observatory, 1918-1924, 91-99 (USA).

^{1) Comte A. Traite philosophique d'astronomie populaire ou exposition systematique de toutes les notions de philosophie astronomique, soit scientifiques, sois logique qui doivent devenir universellement familieres. Paris, 1844, p. 109.}

^{2) Бовин А. Наука и мировоззрение. - «Коммунист», 1960, № 5, 96-107.}

^{3) Имшенецкий А.А. Биологические эффекты экстремальных условий окружающей среды. - В сб.: «Основы космической биологии и медицины». М., 1975, с. 309.}

Размещено на Allbest.ru